package edu.del.questionbank.array.medium;

/**
 * 34. 在排序数组中查找元素的第一个和最后一个位置
 *
 * 题目描述：
 * 给你一个按照非递减顺序排列的整数数组 nums，和一个目标值 target。
 * 请你找出给定目标值在数组中的开始位置和结束位置。
 * 如果数组中不存在目标值 target，返回 [-1, -1]。
 * 你必须设计并实现时间复杂度为 O(log n) 的算法解决此问题。
 *
 * 示例 1：
 * 输入：nums = [5,7,7,8,8,10], target = 8
 * 输出：[3,4]
 *
 * 示例 2：
 * 输入：nums = [5,7,7,8,8,10], target = 6
 * 输出：[-1,-1]
 *
 * @solution 二分查找（两次查找）
 * @timeComplexity O(log n)
 * @spaceComplexity O(1)
 * @tags 数组, 二分查找
 * @difficulty 中等
 */
public class Q34_FindFirstAndLastPosition {

    /**
     * 主方法： 查找目标值的起始位置和结束位置
     * @param nums 数组
     * @param target 目标值
     * @return 目标值的起始位置和结束位置
     */
    public int[] searchRange(int[] nums, int target) {
        if (nums == null || nums.length == 0) {
            return new int[]{-1, -1};
        }

        int first = findFirstPosition(nums, target);
        if (first == -1) {
            return new int[]{-1, -1};
        }

        int last = findLastPosition(nums, target);
        return new int[]{first, last};
    }

    /**
     * 查找目标值的第一个位置
     * @param nums 数组
     * @param target 目标值
     * @return 目标值的第一个位置
     */
    private int findFirstPosition(int[] nums, int target) {
        int left = 0, right = nums.length - 1;
        while (left <= right) {
            int mid = left + (right - left) / 2;

            if (nums[mid] == target) {
                // 继续向左搜索，检查是否还有更早的 target
                right = mid - 1;
            } else if (nums[mid] < target) {
                left = mid + 1;
            } else {
                right = mid - 1;
            }
        }

        // 检查 left 是否越界且 nums[left] 是否等于 target
        if (left < nums.length && nums[left] == target) {
            return left;
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 查找目标值的最后一个位置，找到目标值后继续向右搜索
     * @param nums 数组
     * @param target 目标值
     * @return 目标值的最后一个位置
     */
    private int findLastPosition(int[] nums, int target) {
        int left = 0, right = nums.length - 1;
        while (left <= right) {
            int mid = left + (right - left) / 2;
            if (nums[mid] == target) {
                // 继续向右搜索，检查是否还有更晚的 target
                left = mid + 1;
            } else if (nums[mid] < target) {
                left = mid + 1;
            } else {
                right = mid - 1;
            }
        }
        // 检查 right 是否越界 且 nums[right] 是否等于 target
        if (right >= 0 && nums[right] == target) {
            return right;
        }
        return -1;
    }

    /**
     * 解法二：优化后的方法：
     * 二分查找一次即可完成查找，无需两次查找
     * @param nums 输入数组
     * @param target 目标值
     * @return 目标值的起始位置和结束位置
     */
    public int[] searchRangeOptimized(int[] nums, int target) {
        if (nums == null || nums.length == 0) {
            return new int[]{-1, -1};
        }

        int first = binarySearch(nums, target, true);
        int last = binarySearch(nums, target, false);

        return new int[]{first, last};
    }

    /**
     * 统一二分查找
     * @param nums 输入数组
     * @param target 目标值
     * @param isFirst 是否查找第一个位置
     * @return 目标值的位置
     */
    private int binarySearch(int[] nums, int target, boolean isFirst) {
        int left = 0, right = nums.length - 1, result = -1;

        while (left <= right) {
            int mid = left + (right - left) / 2;

            if (nums[mid] == target) {
                result = mid; // 记录找到的位置
                if (isFirst) {
                    // 继续向左搜索，检查是否还有更早的 target
                    right = mid - 1;
                } else {
                    // 继续向右搜索，检查是否还有更晚的 target
                    left = mid + 1;
                }
            } else if (nums[mid] < target) {
                left = mid + 1;
            } else {
                right = mid - 1;
            }
        }
        return result;
    }
}
